金色财经近期推出金色硬核（Hardcore）栏目，为读者提供热门项目介绍或者深度解读。本期金色硬核（Hardcore）探讨了BTC出块时间的问题，将理论和实际相结合，究竟出块时间有多符合预期？
BTC出块时间出现差异：理论与实际对比
BTC区块时间戳历史分布情况究竟有多符合预期？
本周，我收到了一些消息提醒，这些提醒都是关于一个时不时会出现的问题：
“BTC区块链两个小时都不能挖到一个块的情况多久会出现一次呢？昨晚，我偶然发现了在区块670637和638之间出现了这个状况。”
这让我陷入了思考，我不禁想到在过去12年中，BTC区块时间戳历史分布情况究竟有多符合预期？
金色财经行情播报丨BTC跌破关键指标，周线形成较长上影线:据火币行情显示，今日上午10点BTC开始下跌，中午12点时跌破昨日晚间迅速下跌低位，开始了加速下跌。从日线图上看，日线MA5均线跌破，4月4日以来上涨趋势依托关键指标已失守，因而上涨趋势局部宣告结束。目前MA10成为支撑，但上升楔形已被破坏，周线长上影线构成巨大压力，下跌恐有延续。截至19:00，各主流币在火币平台表现如下：[2020/4/10]
我之前也对BTC时间戳机制进行过讨论，有充分理由认为BTC的安全性很高，其时间戳背后的博弈论机制也非常完美。
幸运的是，你如果有一个节点的话，就能很轻松地循环访问所有BTC区块头，查看它们的时间戳。为此，我写了个脚本，我的笔记本电脑只用了5分钟就查看了所有的时间戳。
请注意，为了方便测量数据，BTC区块链中第100个区块之前都被我排除了，因为BTC诞生之初，矿工数量很少，发生了一些很特殊的状况。
结果表明，有190个区块在前一个区块出块后106分钟才被挖出，占迄今挖出的67万个区块中的0.0028%，非常接近0.0025%的预期值！这个结果很容易通过计算得出，但只能代表某个特定时间段内出块时间的差值分布情况。
金色相对论 | Franklyn Richards：闪电网络可以实现网络间的交互性:在本期金色相对论之“闪电网络：Hello，TPS”上，金色财经合伙人佟扬对话Litecoin Haus CEO?Franklyn Richards，针对闪电网络要支撑加密货币的支付体系，如何应对价格变化带来的影响，使其得以大规模商用的问题。Franklyn Richards表示，在使用应用时人们无须看到和理解其背后的加密技术，这是最好的。我们不会在意如何去支付我们已经可以通过别的支付手段支付的东西，闪电网络可以实现网络间的交互性，我看到的未来是加密货币成为一种相似的类型形式被使用，而这转换是完全在幕后悄然完成的。机构将会使用加密货币因为其更便宜、更快，也是可编程的，我们已经可以看到Bakkt,纳斯达克以及fidelity等已经开始纷纷加入到这场加密货币竞赛中了，即便加密货币不稳定，用户依然能够获得稳定的价值。我认为另一个重点是节点们，他们很可能将会嵌入到很多东西中，网络将会进一步发展和分散化。外部的整体基础设施都在建设中，闪电网络只是其中的一部分。[2019/3/7]
深层次分析
如果要对这个问题进行深入思考，Felix?Weiss已经解决了这个问题，他提供了一种方法，能够确定在前一个区块挖出后的特定时间段内应该挖出的区块数量。
金色相对论 | 古千峰：未来不排除信托类稳定币慢慢会蚕食USDT的市场:本期金色相对论中，对于交易发行稳定币的动机，BTC Media亚太区CTO 古千峰表示： 目前交易所是稳定币最大的落实者，但背后可能有相关政府对推进货币数字化试点的需求，USDT的发行机制饱受争议，究竟有多少真金白银能应付兑付，这是USDT面临的问题。未来不排除信托类稳定币慢慢会蚕食USDT的市场。不过稳定币的主要作用还在于与数字货币进行交易，作为数字货币的计价币种，如果要被主流社会接受，还有更长的路要走[2018/9/20]
这个数量能够通过计算指数分布的累积分布函数得出。
但就出块时间的差值而言，怎样才能其整个历史分布状况与预期分布进行对比呢？为了解决这个问题，我们需要利用指数分布的概率密度函数，这个函数可以通过f(x;λ) =?λe^-(λx)进行建模。针对出块时间问题，x等于上个区块出块后的某个时间点，λ作为率参数，等于1/600（即目标出块时间），概率密度函数用线性方式表示如下图：
声音 | 金色财经合伙人安鑫鑫：区块链行业爆发中资讯平台是重要一环:金色财经现场报道，在今日举办的2018全球媒体峰会的圆桌论坛上，安鑫鑫表示，今年年初开始区块链行业爆发的过程中至关重要的一环就是越来越多的资讯平台的加入，向外界更多的传播区块链讯息。同时希望社会给予资讯平台更多的帮助和支持，金色财经开放了资讯、快讯、行情的接口，让同行做平台更容易。[2018/7/19]
我在写这篇文章的同时也绘制出了670000区块之后所有区块的预期分布状况，与上图的形状很相似。
于是我收集了脚本的数据，并将其放入了以下这个表格中：
显而易见的是，下图的x轴用对数表示更加合理，否则数据会过于分散，而观察不到一些有趣的现象。
不同挖矿时期
出块时间的预期分布是基于哈希率恒定不变的假设。但根据BTC的发展历史，其哈希率不可能是恒定不变的。
金色财经独家分析 沃尔玛、家乐福等大型零售集团争先发力扩大区块链技术的应用范围:金色财经独家分析，美国专利和商标局于上周四发布了沃尔玛此前提交的一项专利申请，文件概述了一个区块链账簿，可以跟踪商店出售给特定客户的物品。此前，就有消息称沃尔玛计划在配送方面以及食品业务中使用区块链技术。除此之外，另一大型零售商家乐福也在积极布局区块链，利用区块链提高食品的安全性。金色财经分析，区块链以其信息公开透明、可溯源等特性，未来或将被广泛用于零售业。区块链技术的大规模使用，能够缩短产品追踪时间，提高管理透明度，减少浪费进而改善污染状况。并且在食品溯源，保证食品安全方面也有着广泛的应用前景。[2018/5/22]
所以我选取了三个时期进行分析。
1.?CPU时代：哈希率相对平稳。
2.?GPU时代：哈希率加速上升。
ASIC时代：哈希率增速相对较缓
CPU时代
在CPU时代，对于出块时间少于10分钟的区块，实际数量比预期少，为什么会出现这种情况呢？我将在下文进行解释。
GPU时代
请注意，在GPU时代，情况截然相反，实际数量比预期要多，最可能是因为哈希率加速上升。
ASIC时代
在早期ASIC时代，BTC哈希率有大幅上升，我特地选取了距离当今较近的时间段，这样数据不会受到很大影响。我们能从上图看出，BTC出块数量仍然多于预期，但是不能够与GPU时代相比。
整个挖矿时代
如果将670000个区块的数据全部绘制成一张图表会是怎么样的呢？根据下图，实际出块时间与预期是非常吻合的，除了图中左边的部分。
根据上图，我们能得知，父区块挖出后29秒内出块的数量远低于预期，对此有没有合理的解释呢？
深入研究
在这个时间戳范围内的预期出块数量为30497。
另一方面，实际出块数量是22441。
那么为什么出块数量会相差8056？
我们发现，14296个区块的增量是负数，其中有3549个属于-29到0的区间范围内，那么剩下还有大约6000个区块，下文将会对这6000个区块进行详细分析。
通过绘制负增量的时间戳分布情况，我们能得出，下图基本上是正增量分布情况的镜像。
这是因为BTC协议允许负时间戳增量的存在，但这不是根本原因，我们要考虑到实际挖矿的工作过程：
1.?矿池会为下一个区块生成区块元。
2.?矿工向矿池发出工作请求，开始对区块元进行哈希计算。
3.?矿工将完成的工作返回给矿池，形成工作量证明。
所以问题就变成了：区块元的产生频率是多少？时间戳多久更新一次？
但是，我认为背后的答案更加复杂，因为矿工也有可能更新时间戳，这就牵涉到了研究特定ASIC应用的硬件或者固件。
上文提到，还剩下大约6000个时间戳增量是负的区块，对这些区块有合理的解释吗？我认为理论上是能够解释的，原因可能是时钟漂移或挖矿软件没有得到很好的适配。如果你了解BTC挖矿历史的话，早期矿工没有组成矿池，都是单独挖矿。所以矿工配置不能达到企业级别，这些业余矿工无法保证矿机数据与权威渠道定期同步。早期矿池都是由业余挖矿爱好者而不是全职专业人士运营。我认为，如果我的理论合理，那么随着挖矿产业逐渐成熟，矿池软件得到改进，时钟漂移出现的频率也在下降。所以我运行了另外一个脚本，按照时间绘制了时间戳增量为负的区块分布情况图。
根据上图，我们能看出，不仅时间戳增量为负的区块数量在减少，时钟漂移问题也逐渐得到改善，值得特别注意的是，自2017年底后，只有少数区块的时间戳增量为负。
总结
BTC大部分运行机制都基于数学原理。通过分析实际出块时间的分布情况，我们能发现，在过去12年中，10分钟出块时间这个机制运行非常良好，只出现过很少的极端情况，背后的原因也很容易找到。挖矿也形成了产业化，挖矿软件得到逐步改善，出块时间分布状况越来越符合预期。
这就是数学的力量！
本文内容来自于：Cypherpunk Cogitations
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